Mems慣性器件的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及慣性器件測量技術，具體涉及一種MEMS慣性器件及其工作方法。
【背景技術】
[0002]垂直陀螺是用來測量運載體姿態的儀器，輸出運載體姿態信號，即俯仰角(Θ)信號和傾斜角(γ)信號，應用于飛行器、艦船、戰車等運載體上。目前，國內同類產品一般利用機電陀螺的穩定性測量θ和γ角，同時通過縱橫兩個液體電門敏感地垂線方向，控制縱向修正電機和橫向修正電機使陀螺進動，從而跟蹤地垂線。通過角度傳感器輸出運載體相對于當地地垂線的姿態信號，其缺點是:結構復雜，體積大，重量重，電源復雜，功耗高，姿態輸出為模擬信號，使用不便。
【發明內容】
[0003 ]為了解決上述技術問題，本發明提供一種MEMS慣性器件。
[0004]本發明提供的MEMS慣性器件包括微機械檢測裝置、模數轉換裝置、濾波裝置、微控制器及數字信號處理裝置，所述微機械檢測裝置安裝于所述運載體，其依次與所述模數轉換裝置、濾波裝置及數字信號處理裝置連接，所述微控制器控制所述模數轉換裝置和濾波裝置的工作狀態。
[0005]優選的，所述微機械檢測裝置包括三個微機械速率陀螺和三個微機械加速度計，所述三個微機械速率陀螺的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內三個互相正交的坐標軸;所述三個微機械加速度計的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內三個互相正交的坐標軸。
[0006]優選的，所述坐標軸包括互相正交的X軸、Y軸、Z軸;所述三個微機械速率陀螺包括第一微機械速率陀螺、第二微機械速率陀螺及第三微機械速率陀螺;所述三個微機械加速度計包括第一微機械加速度計、第二微機械加速度計及第三微機械加速度計;所述第一微機械速率陀螺與所述第一微機械加速度計的敏感軸共同指向X軸，所述第二微機械速率陀螺與所述第二微機械加速度計的敏感軸共同指向Y軸，所述第三微機械速率陀螺與所述第三微機械加速度計的敏感軸共同指向Z軸。
[0007]優選的，所述三個微機械速率陀螺用于測量所述運載體繞所述三個坐標軸的轉動角速率。
[0008]優選的，所述三個微機械加速度計用于測量所述運載體沿所述三個坐標軸向的線加速度。
[0009]優選的，所述數字信號處理裝置用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補償、溫度補償、姿態矩陣計算、卡爾曼濾波處理。
[0010]優選的，還包括RS422接口，所述微控制器通過RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態?目息O
[0011 ]本發明還提供一種MEMS慣性器件的工作方法，包括:
[0012]步驟I，提供微機械檢測裝置，將其安裝于運載體，用于檢測所述運載體的姿態，并產生姿態信息；
[0013]步驟2，提供微控制器和模數轉換裝置，所述微控制器控制所述模數轉換裝置對所述姿態信息進行模數轉換；
[0014]步驟3，提供濾波裝置，所述微控制器控制所述濾波裝置對轉換后的姿態信息進行濾波處理；
[0015]步驟4，將解算的姿態信息輸出給微控制器，所述微控制器通過RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態信息。
[0016]優選的，所述數字信號處理裝置用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補償、溫度補償、姿態矩陣計算、卡爾曼濾波處理。
[0017]優選的，所述微機械檢測裝置包括三個微機械速率陀螺和三個微機械加速度計，所述三個微機械速率陀螺的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內三個互相正交的坐標軸;所述三個微機械加速度計的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內三個互相正交的坐標軸。
[0018]相較于現有技術，本發明提供的MEMS慣性器件及其工作方法通過數字信號處理裝置和微控制器解算運載體姿態信號，輸出俯仰角、傾斜角和狀態信息，與其它機載、艦載、車載管理和控制系統交聯速度快并且其結構簡單、體積小、安裝方便、重量輕、電源單一、功耗低。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖1描述本發明的一種實施例。
[0021]本實用新型公開一種MEMS慣性器件，請參閱圖1，所述MEMS慣性器件100包括微機械檢測裝置1、模數轉換裝置2、濾波裝置3、微控制器4及數字信號處理裝置5，所述微機械檢測裝置5安裝于所述運載體，其依次與所述模數轉換裝置2、濾波裝置3及數字信號處理裝置5連接，所述微控制器4控制所述模數轉換裝置2和濾波裝置3的工作狀態。
[0022]在本實施例中，所述微機械檢測裝置I包括三個微機械速率陀螺和三個微機械加速度計，所述三個微機械速率陀螺的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內三個互相正交的坐標軸;所述三個微機械加速度計的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內三個互相正交的坐標軸。
[0023]優選的，所述坐標軸包括互相正交的X軸、Y軸、Z軸;所述三個微機械速率陀螺包括第一微機械速率陀螺11、第二微機械速率陀螺12及第三微機械速率陀螺13;所述三個微機械加速度計包括第一微機械加速度計14、第二微機械加速度計15及第三微機械加速度計16;所述第一微機械速率陀螺11與所述第一微機械加速度計14的敏感軸共同指向X軸，所述第二微機械速率陀螺12與所述第二微機械加速度計15的敏感軸共同指向Y軸，所述第三微機械速率陀螺13與所述第三微機械加速度計16的敏感軸共同指向Z軸。
[0024]具體的，所述三個微機械速率陀螺用于測量所述運載體繞所述三個坐標軸的轉動角速率;所述三個微機械加速度計用于測量所述運載體沿所述三個坐標軸向的線加速度。
[0025]所述數字信號處理裝置5用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補償、溫度補償、姿態矩陣計算、卡爾曼濾波處理。
[0026]其中，姿態矩陣計算包括:二階龍格-庫塔法求解四元數微分方程、四元數歸一化處理、四元數更新、姿態矩陣更新、姿態矩陣計算姿態角。
[0027]卡爾曼濾波包括:誤差估計、誤差補償和數據融合。
[0028]MEMS慣性器件100還包括RS422接口，所述微控制器4通過RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態信息。
[0029]本發明還提供一種MEMS慣性器件的工作方法，包括:
[0030]步驟I，提供微機械檢測裝置，將其安裝于運載體，用于檢測所述運載體的姿態，并產生姿態信息；
[0031]步驟2，提供微控制器和模數轉換裝置，所述微控制器控制所述模數轉換裝置對所述姿態信息進行模數轉換；
[0032]步驟3，提供濾波裝置，所述微控制器控制所述濾波裝置對轉換后的姿態信息進行濾波處理；
[0033 ]步驟4，將解算的姿態信息輸出給微控制器，所述微控制器通過RS42 2接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態信息。
[0034]所述數字信號處理裝置用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補償、溫度補償、姿態矩陣計算、卡爾曼濾波處理。
[0035]所述微機械檢測裝置包括三個微機械速率陀螺和三個微機械加速度計，所述三個微機械速率陀螺的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內三個互相正交的坐標軸;所述三個微機械加速度計的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內三個互相正交的坐標軸。
[0036]綜上所述，本發明提供的MEMS慣性器件及其工作方法通過數字信號處理裝置和微控制器解算運載體姿態信號，輸出俯仰角、傾斜角和狀態信息，與其它機載、艦載、車載管理和控制系統交聯速度快并且其結構簡單、體積小、安裝方便、重量輕、電源單一、功耗低。
[0037]上述實施例，只是本發明的較佳實施例，并非用來限制本發明實施范圍，故凡以本發明權利要求所述內容所做的等效變化，均應包括在本發明權利要求范圍之內。
【主權項】
1.一種MEMS慣性器件，應用于檢測運載體的姿態，其特征在于，包括微機械檢測裝置、模數轉換裝置、濾波裝置、微控制器及數字信號處理裝置，所述微機械檢測裝置安裝于所述運載體，其依次與所述模數轉換裝置、濾波裝置及數字信號處理裝置連接，所述微控制器控制所述模數轉換裝置和濾波裝置的工作狀態。2.根據權利要求1所述的MEMS慣性器件，其特征在于，所述微機械檢測裝置包括三個微機械速率陀螺和三個微機械加速度計，所述三個微機械速率陀螺的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內三個互相正交的坐標軸;所述三個微機械加速度計的三個敏感軸分別指向運載體的坐標系內三個互相正交的坐標軸。3.根據權利要求2所述的MEMS慣性器件，其特征在于，所述坐標軸包括互相正交的X軸、Y軸、Z軸;所述三個微機械速率陀螺包括第一微機械速率陀螺、第二微機械速率陀螺及第三微機械速率陀螺;所述三個微機械加速度計包括第一微機械加速度計、第二微機械加速度計及第三微機械加速度計;所述第一微機械速率陀螺與所述第一微機械加速度計的敏感軸共同指向X軸，所述第二微機械速率陀螺與所述第二微機械加速度計的敏感軸共同指向Y軸，所述第三微機械速率陀螺與所述第三微機械加速度計的敏感軸共同指向Z軸。4.根據權利要求2所述的MEMS慣性器件，其特征在于，所述三個微機械速率陀螺用于測量所述運載體繞所述三個坐標軸的轉動角速率。5.根據權利要求2所述的MEMS慣性器件，其特征在于，所述三個微機械加速度計用于測量所述運載體沿所述三個坐標軸向的線加速度。6.根據權利要求1所述的MEMS慣性器件，其特征在于，所述數字信號處理裝置用于完成傳感器固有誤差和安裝誤差補償、溫度補償、姿態矩陣計算、卡爾曼濾波處理。7.根據權利要求1所述的MEMS慣性器件，其特征在于，還包括RS422接口，所述微控制器通過RS422接口輸出俯仰角、傾斜角和狀態信息。
【專利摘要】提供一種MEMS慣性器件。所述MEMS慣性器件包括微機械檢測裝置、模數轉換裝置、濾波裝置、微控制器及數字信號處理裝置，所述微機械檢測裝置安裝于所述運載體，其依次與所述模數轉換裝置、濾波裝置及數字信號處理裝置連接，所述微控制器控制所述模數轉換裝置和濾波裝置的工作狀態，本實用新型還提供一種MEMS慣性器件的工作方法。本實用新型提供的MEMS慣性器件及其工作方法通過數字信號處理裝置和微控制器解算運載體姿態信號，輸出俯仰角、傾斜角和狀態信息，與其它機載、艦載、車載管理和控制系統交聯速度快并且其結構簡單、體積小、安裝方便、重量輕、電源單一、功耗低。<!-- 2 -->
【IPC分類】G01C21/16
【公開號】CN205373719
【申請號】CN201520978546
【發明人】李軍岐
【申請人】霍育鋒
【公開日】2016年7月6日
【申請日】2015年11月30日